Licht

Les 1 : Licht en schaduw

De lesstof:

Lichtbronnen

Wanneer iets zijn eigen licht geeft, noemen we dat een lichtbron. De zon en de sterren zijn voorbeelden van natuurlijke lichtbronnen. Kaarsen, lampen en tl-buizen zijn voorbeelden van door mensen gemaakte lichtbronnen. Die noemen we kunstmatige lichtbronnen.

Lichtstralen

Als een lamp aanstaat, zendt hij licht uit. Het licht beweegt alle kanten op, weg van de lamp. Dit kunnen we laten zien door lichtstralen te tekenen.

Hoe lichtstralen bewegen

De lichtstralen bewegen recht, omdat licht langs rechte lijnen gaat. Je ziet het licht van de lamp in je ogen wanneer een deel ervan erop valt.

Naarmate je verder van de lamp af gaat, wordt het licht zwakker. Dat zie je ook aan de lichtstralen: ze verspreiden zich steeds meer uit elkaar.

Voorwerpen die geen licht geven

De meeste dingen om ons heen geven zelf geen licht. We kunnen ze alleen zien wanneer er licht op valt. Het licht dat op het voorwerp schijnt, wordt dan in alle richtingen weerkaatst. In de natuurkunde noemen we dit diffuse reflectie. We zien het voorwerp wanneer een deel van dat weerkaatste licht in onze ogen valt.

De maan

De maan geeft zelf geen licht. We kunnen de maan zien omdat het het licht van de zon reflecteert. Als de verlichte kant van de maan naar ons toe staat, zien we een volle maan. Maar als de donkere kant naar ons toe staat, zien we niets.

Schaduwbeelden maken

Als een voorwerp het licht van de lichtbron tegenhoudt, ontstaat er een schaduw. Dit is een gebied waar het licht niet direct kan komen.

Omdat licht recht beweegt, kunnen we op een simpele manier de schaduw van een voorwerp tekenen:

1. Teken de lichtstralen die net niet door het voorwerp worden tegengehouden. Dit zijn de randstralen.

2. Kleur het gebied achter het voorwerp dat tussen de twee randstralen in ligt. Dit is het gebied waar het licht niet direct kan komen, de schaduw.

Kernschaduw en halfschaduw

Als een voorwerp door één kleine lamp wordt verlicht, zien we een duidelijke schaduw. De overgang van licht naar donker is scherp. Als een voorwerp door twee lampen wordt verlicht, ontstaan er twee schaduwbeelden.

Waar deze beelden elkaar overlappen, is de schaduw het donkerst. Dit noemen we de kernschaduw. Het licht van beide lampen kan hier niet komen. Aan de zijkanten van de kernschaduw zien we een lichtere halfschaduw. Hier kan het licht van de ene lamp wel komen, maar niet van de andere.

Les 2 : Spiegelbeelden

De lesstof:

Bekijken van spiegelbeelden

Als je in een spiegel kijkt, zie je een echte weerspiegeling van je wereld. Het lijkt zelfs alsof het beeld achter de spiegel is. Probeer eens naar je hand te kijken terwijl je een spiegel vasthoudt, en dan naar het beeld van je gezicht. Je zult merken dat je ogen zich steeds anders moeten richten. Het spiegelbeeld lijkt verder weg dan je hand.

Er is één belangrijk verschil tussen de wereld voor en achter de spiegel. Dat merk je meteen wanneer je tekst bekijkt via een spiegel. De tekst verschijnt namelijk gespiegeld.

De spiegelwet

In de afbeelding hiernaast zie je hoe een platte spiegel een smalle lichtbundel reflecteert. Zo'n bundel kun je tekenen als één lichtstraal.

Op de plaats waar de lichtstraal de spiegel raakt, is een lijn getekend die loodrecht op de spiegel staat, dit heet de normaal. De hoek tussen de invallende lichtstraal en de normaal wordt de hoek van inval genoemd (∠ i). De hoek tussen de gereflecteerde lichtstraal en de normaal heet de hoek van reflectie (∠ t)

Bij reflectie door een platte spiegel geldt altijd:

hoek van inval = hoek van reflectie

Deze regel heet de spiegelwet.

Het tekenen van de gereflecteerde lichtstraal

Met behulp van de spiegelwet kun je tekenen hoe een lichtstraal door de spiegel wordt gereflecteerd.

• Leg je geodriehoek neer zoals in de afbeelding hiernaast.

• Teken de normaal, deze staat altijd loodrecht op het oppervlak van de spiegel.

• Meet de grootte van de hoek van inval.

• Leg je geodriehoek nu aan de andere kant van de normaal.

• Markeer de hoek van reflectie.

• Teken de gereflecteerde lichtstraal.

Spiegelbeelden en de spiegelwet

Met behulp van de spiegelwet kun je ook verklaren hoe spiegelbeelden worden gemaakt. Als je een brandende kaars voor een spiegel plaatst, valt er licht op de spiegel. Dit licht wordt volgens de spiegelwet teruggekaatst door de spiegel. Maar voor iemand die in de spiegel kijkt, lijkt het alsof het licht van achter de spiegel komt.

Een Virtueel Beeld

Omdat het lijkt alsof het licht van achter de spiegel komt, zie je in de spiegel een tweede kaars. Natuurlijk is er in werkelijkheid geen kaars achter de spiegel. Het beeld van de kaars is virtueel. De tweede kaars bestaat alleen in je gedachten.

Les 3 : Licht en kleur

De lesstof:

Het Kleurenspectrum

Het witte zonlicht bestaat uit alle kleuren van de regenboog. Als je zonlicht door een prisma laat schijnen, zoals je ziet in de afbeelding, verschijnt er een rij kleuren: rood, oranje, geel, groen, blauw en paars. Dat is wat we een spectrum noemen.

Je kunt deze verschillende kleuren weer samenvoegen om wit licht te krijgen.

De zakspectroscoop

Met een zakspectroscoop kun je het licht onderzoeken en zien uit welke kleuren het bestaat. Als je door de spectroscoop kijkt, zie je een regenboog van het licht van de lamp.

Lamplicht

De meeste lampen geven licht dat uit verschillende kleuren bestaat. Normaal gesproken zie je die kleuren niet apart; je ziet alleen een mix van kleuren. Bijvoorbeeld, het licht van een halogeenlamp bevat alle kleuren van de regenboog, maar het lijkt een beetje geel.

'Warm' en 'koud' licht

Het licht van halogeenlampen en tl-buizen lijkt op zonlicht omdat het alle kleuren bevat. Maar er zijn verschillen. Het licht van een halogeenlamp heeft meer rood, waardoor het door velen als 'warm' wordt beschouwd. Het licht van een tl-buis bevat veel groen en paars licht en weinig rood, waardoor het vaak als 'koud' wordt gezien.

Het zien van gekleurde voorwerpen

Overdag, wanneer de zon schijnt, zien we de wereld om ons heen in kleur. Voorwerpen weerkaatsen alleen bepaalde kleuren van het zonlicht. Een gele trui weerkaatst voornamelijk geel licht, een rode trui vooral rood licht, enzovoort. Het licht dat niet wordt weerkaatst, wordt geabsorbeerd en omgezet in warmte.

Mengkleuren

Bijna alle kleuren die we zien, zijn mengkleuren. Een gele trui weerkaatst niet alleen geel licht, maar ook oranje en groen licht. Onze ogen kunnen dit mengsel niet onderscheiden van zuiver geel licht.

Het licht van lampen

Sommige lampen geven slechts één kleur licht. Voorwerpen die met zo'n lamp worden verlicht, kunnen alleen die ene kleur weerkaatsen. De wereld ziet er dan heel anders uit.

Bijvoorbeeld, in straatlantaarns worden soms natriumlampen gebruikt die geel licht geven. Een witte trui lijkt dan geel onder deze lamp, net als een gele trui. Maar een paarse trui lijkt zwart omdat paars licht bijna volledig wordt geabsorbeerd door het gele licht van de lamp.

Les 4 : Infrarode en ultraviolette straling

De lesstof:

Infrarode Straling

Alle dingen om je heen, inclusief mensen en dieren, stralen infrarode straling (IR-straling) uit. Wanneer een voorwerp warm is, zendt het meer straling uit. Als je bijvoorbeeld je hand voor een hete radiator houdt, voel je de warmte omdat je hand de infrarode straling van de radiator opneemt.

Warmtelampen zenden voornamelijk infrarode straling uit, naast een beetje rood licht. Ze worden vaak gebruikt om pasgeboren dieren warm te houden, maar je vindt ze ook in terrasverwarmers en infrarood sauna's. Mensen en dieren vinden de straling van deze lampen vaak aangenaam warm.

Infrarood in het Spectrum

In het spectrum van een IR-lamp vind je infrarode straling naast het rode gedeelte. Dit kun je aantonen met een gevoelige thermometer. Wanneer je de thermometer in het licht houdt, geeft hij een hogere temperatuur aan. Opvallend is dat de thermometer net naast het rode gedeelte de hoogste temperatuur aangeeft. Dit betekent dat daar de infrarode straling zit. De naam 'infrarood' betekent letterlijk 'onder het rood'.

Toepassingen van Infrarode Straling

Infrarode straling wordt op verschillende manieren gebruikt. Bijvoorbeeld, in de afstandsbediening van een tv zit een klein IR-lampje. De straling van dit lampje wordt gebruikt om signalen naar de tv te sturen.

Infraroodsensoren worden ook gebruikt in buitenlampen. Ze reageren op infrarode straling die door bewegende mensen wordt uitgezonden en schakelen dan de lampen in.

Militairen gebruiken nachtkijkers die onzichtbare infrarode straling omzetten in zichtbaar beeld, zodat ze 's nachts goed kunnen zien.

Ultraviolette Straling

De zon zendt naast licht ook ultraviolette straling (UV-straling) uit. Wanneer je in de zon ligt, komt deze straling op je huid terecht. Je huid reageert door extra pigment aan te maken, waardoor je bruin wordt. Dit pigment beschermt je huid tegen de schadelijke effecten van UV-straling.

Te veel UV-straling kan leiden tot zonnebrand en vergroot het risico op huidkanker. Zonnebrandcrème absorbeert UV-straling en beschermt je huid. Hoe hoger de beschermingsfactor, hoe beter je huid wordt beschermd.

De ozonlaag

Hoog in de atmosfeer zit een gas genaamd ozon, dat de meest schadelijke UV-straling tegenhoudt. Dit vormt de ozonlaag. Door vervuilende stoffen zijn er gaten ontstaan in de ozonlaag, waardoor meer UV-straling de aarde bereikt.

UV-Lampen

Er zijn lampen die voornamelijk ultraviolette straling uitzenden, zoals zonnebanken en blacklightlampen in discotheken. Naast UV-straling geven ze ook een beetje violet licht. Je herkent UV-lampen en blacklightlampen aan dit violette licht. In het spectrum van een UV-lamp vind je UV-straling aan de linkerkant van het violette gedeelte. Dit kun je aantonen met een fluorescerende stof, die gaat oplichten wanneer er UV-straling op valt.